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BACTÉRIES

Physiologie des populations bactériennes

Les cellules bactériennes sont capables de se multiplier dans des milieux de culture liquides ou sur milieux solides artificiels, dans des conditions physico-chimiques approchant les conditions de leur écosystème naturel. Cependant, certaines espèces bactériennes ne sont pas cultivables sur milieux artificiels ; c'est le cas de Mycobacterium leprae, agent de la lèpre, ou de Treponema pallidum, agent de la syphilis non cultivable in vitro. D'autres bactéries authentiques, autrefois classées dans les virus, les Rickettsiales, parasites obligatoires des cellules eucaryotes, ne peuvent être cultivées qu'en cultures de tissus.

Le mécanisme général de la croissance bactérienne, étudiée par culture in vitro, est celui du remplacement d'une cellule mère par deux cellules filles identiques. À chaque division, il y a donc un doublement de la population bactérienne, et cela se produit avec une périodicité constante pour chaque espèce bactérienne dans un milieu de culture donné. Ce temps de génération peut aller de quelques minutes pour des bactéries à croissance rapide – ensemencées dans des milieux riches convenablement aérés, telles que Escherichia coli, une des espèces les mieux étudiées en physiologie bactérienne – à plusieurs semaines pour des Mycobactéries. Le terme de croissance bactérienne, telle qu'elle est mesurée au laboratoire, désigne donc plus précisément la croissance d'une population bactérienne.

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Les bactéries puisent dans leur milieu nutritif les substrats à partir desquels elles synthétisent leurs propres constituants. Cette synthèse s'effectue à partir de monomères précurseurs, les métabolites essentiels, auxquels s'ajoutent des vitamines et des molécules résultant de l'activité externe des exoenzymes bactériennes. L'apport énergétique nécessaire à la construction des macromolécules, à partir des monomères précurseurs, se fait par l'adénosine triphosphate (ATP) synthétisé par la bactérie. Selon les groupes bactériens, différentes sources d'énergie et de substrats carbonés sont utilisées, définissant le type trophique de la bactérie. Les bactéries et cyanobactéries capables d'utiliser l'énergie lumineuse sont les bactéries phototrophes. Parmi ces bactéries, certaines réalisent leurs photosynthèses en employant des composés minéraux comme donateurs d'électrons ; elles sont dites photolithotrophes ; d'autres ne peuvent utiliser que des substances organiques, elles sont dites photo-organotrophes. Les bactéries chimio-lithotrophes puisent leur énergie dans l'oxydation de substances minérales (hydrogène, composés azotés ou soufrés, fer ou oxyde de carbone). Les bactéries chimio-organotrophes utilisent les produits de l'oxydation de composés organiques, par métabolisme aérobie ou anaérobie. Ce dernier type trophique est le plus commun dans le monde bactérien comme dans la majorité des cellules eucaryotes. Les bactéries parasites intracellulaires obligatoires, incapables de croître en dehors de la cellule hôte, ont un type trophique désigné sous le nom de paratrophie.

Les sources de carbone sont très variées. Certaines bactéries, photo- ou chimio-lithotrophes notamment, utilisent directement le carbone du gaz carbonique sans que la présence de matière organique préformée soit nécessaire à leur croissance ; on les dit autotrophes. Certaines sont strictement autotrophes et leur croissance peut même être inhibée en présence de matière organique préformée. Pour d'autres bactéries, au contraire, la présence de matière organique est indispensable à la croissance : ce sont les bactéries hétérotrophes. C'est le cas notamment des bactéries photo- et chimio-organotrophes. La complexité des substrats organiques indispensables à la croissance de ces bactéries hétérotrophes est variable. Les bactéries prototrophes croissent en présence de composés simples tels qu'un sucre ou un acide organique qui serviront de matière première pour l'ensemble des synthèses cellulaires. Les bactéries auxotrophes, au contraire, ont besoin que le milieu de croissance contienne déjà des constituants préformés qu'elles seraient incapables de synthétiser.

Les besoins en azote des bactéries sont généralement assurés par les produits de dégradation des substrats organiques sous forme ammoniacale. Quelques espèces sont capables de fixer directement l'azote de l'air ou d'assimiler les nitrates et les nitrites ; elles jouent un rôle très important en agronomie et sont étudiées d'une façon intensive, en vue d'améliorer, grâce à leur utilisation éventuelle, le rendement de croissance des végétaux. D'autres espèces bactériennes, au contraire, sont totalement incapables de synthétiser les substances azotées indispensables à leur structure, et leur croissance exige l'apport, dans les milieux de culture, de substrats préformés tels que des acides aminés (bactéries auxotrophes).

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Le fait que les bactéries puissent croître en absence d'air ou, au contraire, exigent un milieu de culture aéré est connu depuis les premières observations d'Anthony Van Leeuwenhoek puis de Louis Pasteur. C'est ainsi qu'en fonction de leurs besoins en oxygène on peut distinguer des bactéries aérobies strictes, des bactéries anaérobies strictes et des bactéries aéro-anaérobies facultatives.

Les bactéries aérobies strictes utilisent, pour leur métabolisme énergétique, l' oxygène atmosphérique qui est indispensable à leur croissance et à leurs activités de synthèse. Ce groupe inclut une grande variété de bactéries autotrophes ou hétérotrophes : Pseudomonas, Bacillus, Neisseriaceae, etc.

Le groupe des bactéries anaérobies strictes est composé d'espèces dont le métabolisme énergétique non seulement n'implique pas la présence d'oxygène, mais pour qui, en outre, l'oxygène est toxique. À ce groupe appartient la majorité des bactéries à métabolisme fermentaire, composant la flore anaérobie du tube digestif des mammifères ; ce sont essentiellement les Clostridies, dont les agents des gangrènes gazeuses, du botulisme et du tétanos.

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Les bactéries aéro-anaérobies facultatives sont essentiellement des bactéries hétérotrophes ; elles peuvent croître et exprimer une activité métabolique en consommant l'oxygène ou, en son absence, par métabolisme fermentaire. On rencontre notamment dans ce groupe les Enterobacteriaceae. Certaines bactéries sont dites aérotolérantes car leur métabolisme fermentaire, contrairement aux anaérobies strictes, s'accommode de la présence d'oxygène ; c'est le cas des Lactobacillus. D'autres ont une croissance préférentielle sous pression partielle d'oxygène réduite par rapport à celle de l'air : ce sont les bactéries micro-aérophiles. Ce comportement des bactéries à l'égard de l'oxygène atmosphérique est mis en évidence par culture en tubes de gélose profonde. Les bactéries aérobies strictes ne croissent qu'à la partie supérieure de la gélose, au contact de l'air ; les bactéries micro-aérophiles croissent à la partie supérieure du tube, mais à distance de l'interface de la gélose et de l'air ; les bactéries anaérobies strictes ne croissent que dans la profondeur du tube, et les bactéries aéro-anaérobies facultatives forment une culture homogène sur toute la hauteur du tube.

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Écrit par

  • : docteur en médecine, docteur ès sciences
  • : docteur en médecine, chef de service du laboratoire de microbiologie à l'hôpital de Nanterre
  • : professeur émérite à l'université Paris-Saclay, professeur honoraire à l'Institut Pasteur

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Microscopie optique : bactéries - crédits : Encyclopædia Universalis France

Microscopie optique : bactéries

Encyclopædia Universalis France

Croissance d'une culture bactérienne - crédits : Encyclopædia Universalis France

Croissance d'une culture bactérienne

Encyclopædia Universalis France

Dissémination des gènes aux bactéries du milieu - crédits : Encyclopædia Universalis France

Dissémination des gènes aux bactéries du milieu

Encyclopædia Universalis France

Autres références

  • ABCÈS

    • Écrit par
    • 516 mots

    Collection purulente bien limitée qui se forme au sein d'un organe ou d'un tissu, au cours d'une réaction inflammatoire. Un certain nombre d'agents pathogènes, introduits accidentellement en un point de l'organisme, sont capables d'entraîner cette réaction dont le but est de les éliminer. L'exemple...

  • ACTINOMYCÈTES

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    Bacille de Koch - crédits : NIH/ NAID/ IMAGE.FR/ BSIP/ Universal Images Group/ Getty Images

    Les Actinomycètes sont des Bactéries dont la croissance donne lieu à des colonies constituées d' hyphes, c'est-à-dire de filaments qui irradient, par croissance centrifuge, tout autour du germe qui leur a donné naissance. Cela explique leur dénomination : le mot « Actinomycètes » provient de deux...

  • AÉROBIOSE & ANAÉROBIOSE

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    ATP : synthèse - crédits : Encyclopædia Universalis France
    Desbactéries telles que les Acetobacter, les Pseudomonas, les Agrobacterium, certains Thiobacillus (T. denitrificans) se rangent dans cette catégorie. Les animaux sont en principe aérobies stricts, mais certains de leurs tissus, comme le tissu musculaire, peuvent supporter temporairement l'absence...

  • ALGUES

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    Algue rouge : dulse (<it>Palmaria palmata</it>) - crédits : B. De Reviers
    Les cyanobactéries (autrefois appelées algues bleues) sont classées parmi les bactéries. Ce sont des organismes qui sont apparus il y a au moins 2,7 milliards d'années, peut-être même, selon certains auteurs, il y 3,5 milliards d'années. Leurs constructions calcaires, appelées stromatolites (ou stromatolithes),...
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